อิทธิพลของถ่านชีวภาพและขี้เถ้าจากแกลบที่มีซิลิคอนสูงต่อรูปทางเคมีของสารหนูในเมล็ดข้าวที่ปลูกในดินนาเนื้อปูน

Influences of silicon-rich rice husk biochar and ash on arsenic speciation in rice grain cultivated in a calcareous paddy soil

Name: ภราภรณ์ เหล็กสูงเนิน

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ -- วิทยานิพนธ์. วท.ม. (ปฐพีวิทยา) 2560

Classification :.LCCS: S597.R5

ThaSH: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สาขาปฐพีวิทยา -- วิทยานิพนธ์

ThaSH: ข้าว -- ดิน

ThaSH: ดิน -- ปริมาณสารหนู

ThaSH: ถ่านชีวภาพ

ThaSH: ขี้เถ้าจากแกลบ

ThaSH: ซิลิคอน

ThaSH: สารหนู

Abstract: การหมุนเวียนเศษวัสดุเหลือทิ้งทางการเกษตรที่มีปริมาณซิลิคอนสูง เช่น ถ่านชีวภาพจากแกลบ (RHB) และขี้เถ้าแกลบ (RHA) ในดินนาปนเปื้อนสารหนู (As) เป็นวิธีการที่มีศักยภาพสำหรับบรรเทาการสะสม As ในเมล็ดข้าวอย่างยั่งยืน วัตถุประสงค์ของงานวิจัยนี้ คือเพื่อศึกษาผลของ RHB และ RHA ต่อการเปลี่ยนแปลงเคมีของน้ำในช่องและสัดส่วนของสารหนูในดินและรูปทางเคมีของสารหนูในเมล็ดข้าวที่ปลูกในดินนาซึ่งมีสารหนูสูงตามธรรมชาติ (ชุดดินลพบุรี) ตำรับการทดลองประกอบไปด้วยการผสมดินกับ RHB และ RHA ในอัตรา 0.5, 1.0 และ 2.0 ton rai-1 ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าดินที่ทำการศึกษาเป็นดินเนื้อปูน (pHwater= 7.7) ดินมีปริมาณสารหนูทั้งหมดเท่ากับ 83 mg kg-1 ซึ่งสูงกว่าค่ามาตรฐานของสารหนูในดินที่กำหนดไว้เท่ากับ 3.9 mg kg-1 ส่วนวัสุด RHB มีพีเอชเป็นกลาง (pHwater= 7.3) ขณะที่วัสดุ RHA มีพีเอชเป็นด่างจัด (pHwater= 9.3) วัสดุ RHB และ RHA มีปริมาณซิลิคอนทั้งหมดสูง (180,331 และ224,057 mg kg-1 ตามลำดับ) ผลการวิเคราะห์น้ำในช่องแสดงให้เห็นว่าตำรับ RHB และ RHA เพิ่มความเข้มข้นของแมงกานีสและ เหล็กที่ละลายได้เมื่อเทียบกับตำรับควบคุม กระบวนการละลายในสภาพรีดักชันของออกซีไฮดรอกไซด์ของแมงกานีสและเหล็กระหว่างการรีดักชันของดินส่งเสริมการเพิ่มปริมาณของสารหนูสู่น้ำในช่องของดิน ซึ่งสอดคล้องกับความสัมพันธ์เชิงบวกของสารหนูที่ละลายได้กับแมงกานีสที่ละลายได้ (R2= 0.73) และเหล็กที่ละลายได้ (R2= 0.55) ผลการสะกดเชิงลำดับของสารหนูพบว่า สารหนูในรูปที่ทนทาน (91% ของ As ในดินทั้งหมด) เป็นรูปสารหนูหลักของดินก่อนการทดลอง ซึ่งภายหลังเปลี่ยนเป็นรูปของสารหนูที่เกี่ยวข้องกับรูปที่ละลายและแลกเปลี่ยนได้ (6.5%) รูปที่สร้างพันธะกับอินทรียวัตถุ (5.2%) รูปที่สร้างพันธะกับแมงกานีสออกไซด์ (0.6%) และรูปที่เกี่ยวข้องกับเหล็กออกไซด์ที่มีผลึก (13%) และที่มีผลึกไม่สมบูรณ์ (6.0%) เมื่อระยะเวลาเก็บเกี่ยวผลผลิตสำหรับผลของใช้วัสดุเหลือทิ้งจากข้าวซึ่งมีซิลิคอนสูงต่อรูปทางเคมีของสารหนูในเมล็ดข้าวพบว่า การใช้ RHB และ RHA ในดินลดปริมาณสารหนูอนินทรีย์ในเมล็ดข้าวได้อย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P 0.05) โดยการใช้ RHA ในอัตรา 0.5 ton rai-1 และ RHB ในอัตรา 2.0 ton rai-1 ลดปริมาณอาร์เซไนต์ (AsIII) ซึ่งเป็นรูปของสารหนูที่เป็นพิษที่สุดในเมล็ดข้าวได้เป็น 0.27-0.28 mg kg-1( ลดลง 21-23%) ซึ่งต่ำกว่าระดับสารหนูสูงสุดในข้าวกล้องที่กำหนด (0.30 mg kg-1) นอกจากนี้ความสัมพันธ์เชิงลบระหว่าง AsIII และ Si ในเมล็ดข้าว (r = -0.70) แสดงให้เห็นวาการดูดใช้ของ AsIII ในข้าวลดลงผ่านกระบวนการดูดซับเชิงแข่งขันของ Si กับ AsIII ในวิถีการดูดใช้ Si นอกจากนี้การใช้ RHB และ RHA ไม่มีผลเชิงลบต่อผลผลิตและจำนวนเมล็ดดี โดยในตำรับการใช้ RHA โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอัตราสูงสามารถเร่งวันออกช่อดอก และจำนวนกอความสูง ชวีมวลฟาง ชวีมวลราก และความยาวรากอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (P 0.05) ทั้งนี้อาจเป็นผลจากการปริมาณธาตุอาหารเพิ่มเติมที่ได้จากวัสดุขี้เถ้าค่าประมาณสารหนูทั้งหมด (ผลรวมรูปทางเคมีทั้งหมด) ที่จะได้รับรายสัปดาห์ในข้าวกล้องในตำรับควบคุมมีค่าเท่ากับ 12 g As kg-1body weight ซึ่งคิดเป็น 78% ของค่าซึ่งย่นย่อมได้ในการได้รับสารหนูต่อสัปดาห์ (provisional tolerable weekly intake, PTWI) ที่กำหนดไว้ที่ 15 g As kg-1body weight งานวิจัยนี้แสดงให้เห็นว่าการใช้ RHA ในอัตรา 0.5ton rai-1 เป็นวิธีการที่มีประสิทธิภาพและเป็นไปได้ในการลดลดสารหนูอนินทรีย์ในเมล็ดข้าว The recycling of agricultural wastes containing high concentrations of silicon (Si) such as rice husk biochar (RHB) and rice husk ash (RHA) into arsenic (As) contaminated paddy soils could be a potential approach for sustainable mitigation of As accumulation in rice grain. This research aimed at investigating the effects of RHB and RHA on changes in soil pore-water chemistry and soil As fractions, and As speciation in rice grain grown in a naturally As-enriched paddy soil (Lop Buri soil series). Treatments were included soil incorporation of RHB and RHA at the respective rates of 0.5, 1.0 and 2.0 ton rai-1 . The results showed that the studied paddy soil was calcareous (pHwater = 7.7). The total soil As concentration was 83 mg kg-1 exceeded the value of background soil As contents of 3.9 mg kg-1 . The RHB material was neutral (pHwater = 7.3), whereas the RHA material was highly alkaline (pHwater= 9.3). The RHB and RHA contained large amounts of total Si (180,331 and 224,057 mg kg-1 , respectively). The results of soil pore-water analysis revealed that RHB and RHA treatments increased dissolved Mn and Fe concentrations as compared to the control treatment. The reductive dissolution of Mn and Fe (oxyhydr) oxides during soil reduction contributed the elevated As concentrations to soil pore-water, which is consistent with the positive correlations of dissolved As with dissolved Mn (R2 = 0.73) and dissolved Fe (R2 = 0.55). The sequential extraction results showed that the residual phase (91% of the total soil As) was the dominant As pool of the soil before the experiment, of which the fraction subsequently transformed into the As pools associated with soluble and exchangeable (6.5%), organically bound (5.2%), Mn oxides (0.6%), and crystalline (13%) and poorly crystalline (6.0%) Fe (oxyhydr) oxides at harvesting. For the effects of Si-rich rice resides on As speciation in rice, soil incorporation of RHB and RHA significantly decreased inorganic As species in rice grain (P ≤ 0.05). The RHA at 0.5 ton rai-1 and RHB at 2.0 ton rai-1 treatments significantly decreased arsenite (AsIII ), the most As-toxic form, in rice grain to 0.27-0.28 mg kg-1 (21-23% reduction), which was below the maximum As level in unpolished rice (0.30 mg kg-1 ). Moreover, the negative relationship between AsIII and Si in rice grain (r = -0.70) indicated AsIII uptake in rice decreased by mechanisms of the competitive absorption of Si with AsIII in the Si uptake pathway. Neither RHB nor RHA amendments adversely affected the rice yield and the number of filled grains. The RHA treatments, especially the highest rate, significantly accelerated the heading date and increased the numbers of tillers, the height, straw biomass, root biomass and root length (P ≤ 0.05), presumably due to additional nutrients from the ash material. The estimated weekly intake of total As (sum As species) in brown rice in the control treatment was 12 µg As kg-1 body weight, corresponded to 78% of to the provisional tolerable weekly intake (PTWI) of total As (15 µg As kg-1 body weight). The highest rate of RHB and RHA at 2.0 ton rai-1 decreased the As weekly intake to 64% and 63% of the PTWI, respectively. Our findings demonstrate that the use of RHA at the rate of 0.5 ton rai-1 is the most effective and feasible means in reducing inorganic As in rice grain.

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์. สำนักหอสมุด

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: tdckulib@ku.ac.th

Name: วรชาติ วิศวพิพัฒน์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก

Name: ดาวจรัส เกตุโรจน์

Role: อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม

Created: 2560

Modified: 2566-04-25

Issued: 2566-04-25

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

URL: https://kasetsart.idm.oclc.org/login?url=https://www.lib.ku.ac.th/KUthesis/2560/parapond-lek-all.pdf

CallNumber: S597.R5.ภ17

tha

DegreeName: วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต

Level: ปริญญาโท

Descipline: ปฐพีวิทยา

Grantor: มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

©copyrights มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	parapond-lek-all.pdf	3.83 MB	1	2024-07-14 01:23:49

ใช้เวลา

0.03644 วินาที